灰口铸铁表面等离子熔覆WC增强Co基合金涂层的组织与性能研究开题报告

全文总字数：4328字

1. 研究目的与意义（文献综述）

灰口铸铁具有熔点低（约1200℃）、流动性好、铸造收缩率小、铸件内应力小、易于铸造成型并具有较好的机械性能且成本低廉（比钢的价格低20%~40%）等优点，且灰铸铁占铸铁产量的80%以上，因而在工业领域得到了广泛的应用，。灰铸铁主要用于制作机床车身、齿轮箱、皮带轮、底座、缸体、盖、手轮等受力不大、耐磨、减震零件。然而灰口铸铁中有片状石墨割裂铁基体，使得灰铸铁的塑性很差，在低应力和基体塑性变形情况下，片状石墨引起的应力集中很容易导致裂纹的产生和界面的剥离。由于石墨是一种软基相，用铸铁制造的零部件往往耐磨性性较差。此外，铸铁表面的石墨相裸露在空气、润滑油等介质中，会有碳化腐蚀的产生。从模具、冶金行业的机械设备的破坏实例中可发现，提高工件的耐磨、耐蚀性能是提高其寿命的重要途径之一。因此，从表面工程的角度，有必要提高铸铁表面的强韧性以及其耐磨、耐蚀的能力。

为了提高金属材料表面的理化性能，如抗磨、耐蚀、耐高温、抗氧化等，工程上常采用化学热处理、喷丸、冷压等方法。但化学热处理成本较高且适用于大批量生产；常规的喷丸、冷压方法却只能在一定范围内提高材料表面的硬度，无法使得材料的表面硬度达到很高。近年来，表面熔覆技术成为金属材料表面改性的有效方法和主要途径之一，它是指采用不同的热源将填充金属熔覆在基体金属表面以获得满足某种特定性能与尺寸的工艺过程。通过合理选择熔覆层合金成分与工艺参数，在尽可能降低稀释率的条件下，获得某种高性能的表面熔覆层，并使得熔覆层与基体金属形成冶金、机械结合，以达到材料表面性能要求。

表面熔覆技术的热源选择上，等离子熔覆与激光熔覆为当前比较火热的课题。国内外有不少研究团队在对这两种熔覆工艺进行研究，国内哈尔滨工业大学学先进焊接与连接国家重点实验室的研究团队就对激光熔覆与等离子熔覆工艺进行了对比，并在《journal of alloys andcompounds》上对相关研究结果进行了详细说明。韩国工业科学与技术研究所研究团队也使用wc、nicr、钴基合金以及激光熔覆工艺制备涂层，并对涂层的组织与性能展开深入研究，相关论文也在《applied surface science》上刊表。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1、熔覆层的制备：选用钴基合金粉末和WC粉末，在灰口铸铁试样表面用等离子熔覆设备熔覆一层合金层。

2、熔覆层组织与性能的研究：熔覆后的灰铸铁经过腐蚀抛光后，在金相显微镜下观察熔覆层的相组织，并用XRD对熔覆层的物相结构进行检测。之后再用维氏硬度计检测熔覆层不同深度的组织的硬度，经过这些测试后还能通过摩擦磨损实验来检测熔覆层的耐磨性能，以此来完成对熔覆层的组织与性能的研究。

2.2 研究目标

1、掌握在灰口铸铁表面等离子熔覆WC/Co基合金涂层的制备方法及原理

2、掌握涂层结构和性能的表征方法及原理

3、研究等离子熔覆工艺参数对熔覆层组织与性能的影响规律

2.3 技术方案

1、采用等离子熔覆设备在尺寸为100×70×10的灰铸铁试样上进行熔覆，熔覆所需的Co基合金粉末与WC粉末的化学成分如下表所示：

熔覆材料的化学成分 ( %，质量分数)

等离子熔覆的工艺参数为：焊接电流60-80 A，熔覆速度50-70 mm／min，离子气体流 量5 L／min，送粉速度5 g／min

2、等离子熔覆后的试样经过切割、打磨、抛光后，采用成份为H20：HN03：HCI=10：10：1浸蚀液浸蚀，并使用电子显微镜拍摄金相照片。之后再使用X射线衍射设备测熔覆层的物相结构。

3、熔覆层沿垂直熔覆表面方向用维氏硬度计测不同深度组织的硬度，如若条件允许，可以使用摩擦磨损试验机来对涂层进行摩擦磨损试验，以此客观体现等离子熔覆后的灰铸铁表面性能的改善程度。

3. 研究计划与安排

第1—3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需的原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4—6周：按照设计方案，在灰口铸铁表面等离子熔覆wc/co基合金涂层。

第7—10周：完成涂层微观组织表征和涂层硬度的分析测试。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]jianzhao, qingwei gao, houqin wang, et al. microstructure and mechanical propertiesof co-based alloy coating fabricated by laser cladding and plasma arc spraywelding[j]. journal of alloy and compounds. 2019,785:846-854.

[2] yangli, xiufang cui, guo jin, et al. influence of magnetic field on microstructureand properties of tic/cobalt-based composite plasma cladding coating[j].surface and coatings technology.2017,325:555-564.

[3]x.p.tao, s. zhang, c.l.wu et al. in situ synthesised wc-reinforced co-based alloylayer by vacuum cladding[j]. surface engineering, 2018,34:316-323.